pH对鸟粪石吸附海藻酸的影响及机制

鸟粪石结晶沉淀法回收剩余污泥中磷工艺具有良好的应用前景,但污泥中有机物,特别是大量的胞外聚合物(EPS),易吸附到鸟粪石表面对其结晶过程产生一定的影响,而pH是影响其吸附性能的关键因素.由于海藻酸化学性质与EPS相似,以海藻酸作为EPS替代物,在弱碱性条件(7.5≤pH≤11)下开展鸟粪石吸附海藻酸实验.利用自动电位滴定仪对鸟粪石进行表面酸碱滴定,借助恒电容模型计算其表面酸碱平衡常数;同时采用三层模型对吸附数据进行模拟计算,探讨pH影响鸟粪石吸附海藻酸的机制.结果表明,鸟粪石表面吸、脱附质子常数分别为7.6和-10.6,表面位密度为12个·nm~(-2);在离子强度为0.1 mol·L~(-1)NaCl条件下pH的增大抑制鸟粪石对海藻酸的吸附;鸟粪石对海藻酸吸附机理主要通过外层络合及内层络合协同作用,其中外层络合作用始终占主导优势.     

类芬顿调理污泥用于微生物电解池产氢与磷回收的研究

为提高微生物电解池(MEC)利用剩余污泥产氢气和磷回收的效率,采用Fe~(3+)、原儿茶酸(PCA)和H_2O_2体系预调理污泥,探究中性PCA/Fe~(3+)/H_2O_2体系的试剂投加量对污泥液相总磷含量和溶解性化学需氧量(SCOD)的影响.在单因素试验的基础上,通过表面响应法(RSM)优化得到Fe~(3+)和H_2O_2投加量分别为12.96 mmol·L~(-1)和0.45 mol·L~(-1),液相总磷含量和SCOD含量实际值分别为(60.14±0.08) mg·L~(-1)和(3357.67±66.37) mg·L~(-1),模拟效果显著.与未处理的剩余污泥MEC反应器出水相比,经过调理后的剩余污泥MEC反应器出水中的总化学需氧量(TCOD)、多糖和蛋白质的去除率分别提高了30.03%、50.16%和97.31%,氢气转化率提升了1.31倍,有效提升了MEC产氢效率.通过鸟粪石结晶回收MEC污泥上清液中的磷,发现在初始pH值为10、Mg~(2+)浓度为0.056 mol·L~(-1)和NH~+_4浓度为0.08 mol·L~(-1)时效果最佳.鸟粪石晶体质量浓度最高可达7.6 g·L~(-1),晶体纯度最大为88.30%,上清液中77.55%的磷以鸟粪石的形式得到回收.在本研究最优化条件下进行中性PCA/Fe~(3+)/H_2O_2体系调理剩余污泥微生物电解池产氢与磷回收全过程中产出经济价值达到2.36元.实验研究最终表明,经过Fe~(3+)/PCA/H_2O_2体系调理污泥可促进污泥中磷的释放和MEC处理污泥的产氢效率,为探究污泥资源化提供了新的研究思路.     

基于污泥减量的鸟粪石回收低浓度氮磷影响因素研究

针对三峡库区城市污水氮磷浓度较低的特点,结合城市污水处理旁路污泥减量技术研究,探索了利用鸟粪石结晶沉淀法回收城市污水中氮磷的可行性及影响因素。研究结果表明:低氮磷浓度时,鸟粪石结晶回收氮磷的规律与国内外已有的针对高浓度氮磷的研究规律不同,当污泥厌氧减量池中磷酸盐质量浓度为30～60 mg/L(约为1～2mmol/L)时,在pH值为10.0～10.5,c(Mg2+)∶c(NH 4+)∶c(PO34-)为1∶1.6∶1,反应时间为25 min,搅拌强度在200 r/min的条件下,通过鸟粪石沉淀反应磷去除率可达50%～75%,氮的去除率最高可达51%。     

鸟粪石结晶成粒技术回收污泥液中磷的中试研究

为了探究鸟粪石(MAP)结晶成粒技术在实际工程中的应用条件及价值,利用鸟粪石中试反应器处理无锡某污水处理厂污泥脱水液,确定了鸟粪石结晶成粒技术回收磷的最佳工况:pH=9.0,摩尔比N:P:Mg=4:1:1.3,反应周期为4d.最佳条件下脱水液磷回收率达85%,收获的鸟粪石平均粒径为0.74mm,纯度可达98.23%.收获的MAP颗粒为规则斜方晶结构,品质较好,颗粒纯度高杂质少.经济分析表明,鸟粪石结晶成粒技术回收每吨污泥液中磷的药剂成本为0.38元.     

水力停留时间和搅拌速率对搅拌反应器回收尿液中磷的研究

鸟粪石沉淀法可以在搅拌反应器中回收尿液中的磷,而水力停留时间和搅拌速率对鸟粪石晶体的形成有重要影响.因此,本文在搅拌反应器中通过分批实验研究了水力停留时间(0.5、1.0和2.0 h)和搅拌速率(80、160和320 r·min-1)对尿液中磷的回收率和鸟粪石晶体粒径的影响.结果表明,水力停留时间从0.5 h增至2 h时,磷回收率从88.9%增至95.4%,而鸟粪石晶体平均粒径从124.4μm下降为71.2μm.随搅拌速率从80 r·min-1增至320 r·min-1,磷回收率从88.7%增至93.4%,而鸟粪石晶体平均粒径从37.0μm增至78.9μm.较短的水力停留时间和较高的搅拌速率更有利于大粒径的鸟粪石晶体形成,但对磷回收率影响有限.搅拌速率为160 r·min-1时,鸟粪石回收率最高为78.7%,可以得到纯度很高的鸟粪石晶体,而较高和较低的搅拌速率都不利于提高鸟粪石回收率.     

EDTA-2Na添加提高污泥热水解磷的回收效率和鸟粪石纯度

污水处理厂剩余污泥因富含大量的磷而成为一种资源.为了提高磷的回收效率和回收产物(鸟粪石)纯度,本文采用响应曲面法、扫描电子显微镜-能量色散X射线光谱法(SEM-EDS),研究了EDTA-2Na的添加对污泥热水解过程中磷的释放和回收效率的影响.结果表明,最佳磷释放条件为:EDTA-2Na浓度9.2 mmol·L~(-1)、pH=3.9、水解温度T=62℃.在此条件下,污泥中磷的释放率为77.9%,远高于未添加EDTA-2Na的磷释放率(39.7%);在pH=9,Mg/P=1.2∶1的条件下进行磷回收,与未添加EDTA-2Na情况相比,污泥中磷的回收率从30.9%提高到70.2%,鸟粪石纯度从32.5%提高到61.3%,回收的晶体沉淀主要成分为磷酸氨镁.由于EDTA-2Na可与金属离子发生络合,同时引起细胞膜和胞外聚合物的破解,使磷的回收效率和鸟粪石纯度均得到提高.     

从剩余污泥厌氧发酵上清液中以鸟粪石形式回收磷

为了实现以鸟粪石(MAP,MgNH4PO4·6H2O)的形式回收剩余污泥厌氧发酵上清液中的氮磷,研究了氮磷溶出的最佳条件及不同的反应条件对氮磷回收的影响.结果表明在p H为10. 5,温度为35℃时,发酵液中溶出的氨氮与正磷酸盐质量浓度皆在第5 d达到峰值;在添加磷源的条件下,磷回收的最佳条件为p H=9. 5、N∶P=0. 8、Mg∶P=1. 8;未添加磷源的条件下,回收磷的最佳条件为p H=9. 5、Mg∶P=1. 6、转速200 r·min-1.此外,降低N∶P摩尔比对于鸟粪石的形态和纯度均有显著影响.利用扫描电镜(SEM)、X光微区分析(EDS)、X射线衍射(XRD)和傅里叶红外光谱(FTIR)等手段对回收产物进行了表面相貌及物相组成分析,证实了沉淀物的主要成分为MAP.以鸟粪石形式回收剩余污泥中的氮磷,是实现污泥资源化的一种有效手段.     

鸟粪石法回收养猪废水中氮磷时产物的组分与性质研究

为了探究鸟粪石法回收养猪废水中氮磷时产物的组分与性质,利用傅里叶红外光谱(FTIR)、X射线衍射(XRD)和物料衡算,分析了不同工艺条件下回收产物的化学组分,利用扫描电镜-能谱(SEM-EDS)和激光粒度仪表征了不同条件下回收产物的形貌、粒度和元素组成.结果表明:各条件下废水中PO3-4-P去除率均超过93％,而NH+4-N去除率在28％左右;回收产物中主要为棒状鸟粪石(MgNH4 PO4·6H2O)晶体,同时还存在少量磷酸钙(Ca3(PO4)2·xH2O,ACP)和氢氧化镁(Mg(OH)2)等无定形颗粒;回收的鸟粪石纯度最高为87.72％,颗粒体积平均粒径最大为110 μm;鸟粪石纯度和颗粒粒度与反应液pH和进水PO3-4-P浓度相关,反应液pH由8.5±0.2升至9.5±0.2,鸟粪石纯度降低,粒度减小;进水PO3-4-P浓度由55.29 mg·L-1升至81.98 mg·L-1,鸟粪石纯度增大,粒度减小.     

鸟粪石结晶法回收猪粪废水厌氧膜出水中磷的研究

采用厌氧膜生物反应器(AnMBR)处理猪粪废水时,发现消化液膜出水可发生自结晶沉淀反应,生成类似鸟粪石的含氮磷沉淀。试验通过控制初始pH使猪粪废水厌氧膜出水发生自结晶沉淀反应,考察了初始pH(8、9、10)对沉淀物组分及形态的影响。结果表明:初始pH为8、9、10时,磷去除率分别为30.8%、67.6%及87.7%;p H从8提高到9时,沉淀物中鸟粪石晶体的粒径变大且形态更完整;而pH为10时,颗粒较小且含钙沉淀较多;进一步分析各条件下沉淀物的晶体组分可知,初始pH为8、9时,沉淀物中晶体的主要成分为鸟粪石,而初始pH为10时,沉淀物中存在大量的含钙沉淀。因此,在该试验条件下,采用鸟粪石结晶法从该猪粪废水厌氧膜出水中回收磷的最佳初始pH为9。     

剩余污泥水解酸化过程中胞外聚合物的影响因素研究

为了解胞外聚合物(EPS)对污泥水解酸化处理的影响,采用批量试验研究了污泥厌氧水解酸化处理过程中EPS的变化以及温度、pH值、污泥来源、污泥浓度对其的影响.结果表明,pH值和污泥来源对EPS产率、成分有显著的影响.强酸性和强碱性条件下污泥水解过程中溶解性EPS产率是中性条件下的2倍多;强酸性条件下细胞破裂较多,DNA物质占总EPS含量的20%左右;强碱性条件多糖类物质溶出量占总EPS的80%以上.A/O工艺污泥水解酸化EPS产率最大,平均值为41.1mg/gVSS;其次为SBR、氧化沟(OD)和A2/O工艺污泥,其中OD工艺污泥水解酸化产生的EPS中糖类与蛋白质的质量比(φ)值远小于其他工艺污泥.温度由18℃升高至35℃时,溶解性EPS产率增加近50%,多糖所占比例逐渐增大.污泥浓度由2000mg/L升高至6000mg/L,EPS产率增大至38.1mg/gVSS,当污泥浓度达到8000mg/L时,EPS产率明显减少(23.1mg/gVSS).     

鸟粪石结晶法回收磷中Ca~(2+)对产物沉淀特性的影响

分析废水中Ca2+对鸟粪石结晶法回收产物沉淀的影响。观察不同Ca、Mg物质的量配比n(Ca)∶n(Mg),不同起始磷浓度条件下磷回收产物在Inhoff管中的沉淀过程,测定总磷及溶解性磷的去除效率;同时利用扫描电镜(SEM)观察产物微观尺寸及形态、利用X射线衍射仪(XRD)、元素分析法分析沉淀物组成,联系沉淀过程分析Ca2+对磷回收产物固液分离的过程及其效率的影响。随着Ca2+的增加,上清液中溶解性磷(DP)与总磷(TP)去除率之差由1%逐渐增大到10%以上;沉淀产物颗粒尺寸由25μm左右减小至5μm甚至更小,最终失去晶体形态;沉淀产物中鸟粪石含量逐渐降低、钙磷沉淀比例逐渐增多。随着Ca2+的增加,沉淀过程有明显的变化,上清液中颗粒磷逐渐增多,且产物中鸟粪石含量逐渐减小,总磷回收率下降;而在n(Ca)∶n(Mg)<0.3时,中、低浓度的含磷废水的回收产物仍然以鸟粪石为主。     

自养菌和异养菌胞外聚合物对活性污泥絮凝特性的影响

为探讨自养菌和异养菌胞外聚合物(Extracellular polymeric substances,EPS)的差异及其对活性污泥表面及絮凝特性的影响,研究了有机负荷为0、0.30和0.74 kg·kg-1·d-1时,污泥松散附着胞外聚合物(loosely bound EPS,LB-EPS)和紧密粘附胞外聚合物(tightly bound EPS,TBEPS)的组分含量、形态、表面特性以及絮凝性能的差异,并就LB-EPS与TB-EPS对污泥絮凝特性影响的作用机理进行了探讨.结果表明,有机负荷越高,多糖含量越高,EPS总量及蛋白质含量越低.由三维荧光光谱测定结果可知,类富里酸物质为异养菌而非自养菌的代谢产物,且有机负荷越高,TB-EPS中的类富里酸荧光峰强度越大.自养和异养污泥的絮凝机理不同,自养活性污泥通过自养菌菌体自身生物絮凝作用形成密实的污泥絮体,LB-EPS与TB-EPS对其絮体形态、表面及絮凝特性影响较小;异养活性污泥絮体形态在TB-EPS提取后发生明显改变,TB-EPS在异养活性污泥絮体聚集时发挥着主要作用.包裹着LB-EPS的污泥表面负电荷多且疏水性差,不利于异养污泥生物絮凝.有机负荷越高,污泥表面Zeta电位负电性越强,相对疏水性(relative hydrophobity,RH)越小,污泥稳定性越差.     

Ca~(2+)、Mg~(2+)对好氧污泥快速颗粒化的影响研究

为研究金属离子的投加对好氧污泥颗粒化进程的影响,在3个构造一致的序批式活性污泥反应器(SBR)中分别接种普通活性污泥、投加50 mg·L-1Ca2+的活性污泥和投加50 mg·L-1Mg2+的活性污泥来培养好氧颗粒污泥.结果表明:金属离子的投加能缩短好氧污泥颗粒化时间,改善颗粒污泥的性质,Ca2+更多地影响颗粒污泥的物理性质,Mg2+主要影响生化性质.Ca2+、Mg2+的投加可促进细胞分泌胞外聚合物(EPS),以及蛋白质(PN)和多糖(PS)的含量增加,且Mg2+较Ca2+对EPS中组分及组分比例影响更大.此外,Ca2+、Mg2+投加下培养的好氧颗粒污泥具有更强的除污性能.     

曝气强度对膜生物反应器污泥混合液可滤性的影响

主要研究了曝气强度对膜生物反应器(MBR)膜污染的影响.2套MBR采用恒流出水模式连续运行60 d,曝气强度分别为500及100 L/h,应用死端过滤装置来检测不同阶段污泥混合液的可滤性.实验中对不同曝气强度下的溶解性微生物代谢产物(SMP)分子质量分布、颗粒粒径分布、胞外聚合物(EPS)含量进行了测定.结果表明,过高的曝气强度将恶化污泥混合液的可滤性,增加了膜污染速率.进一步研究表明,曝气强度的增加导致了污泥混合液上清液中相对分子质量>10000的SMP浓度的增加,此部分大分子有机物浓度直接影响了污泥混合液的可滤性.过高的曝气强度也导致了污泥絮体中1～10μm细小颗粒和EPS含量的增加.     

厌氧氨氧化颗粒污泥EPS及其对污泥表面特性的影响

取厌氧氨氧化EGSB反应器中颗粒污泥,根据粒径筛分为R1(0. 5～1. 4 mm)、R2(1. 4～2. 8 mm)和R3( 2. 8 mm)这3组.提取不同粒径厌氧氨氧化颗粒污泥EPS,分析EPS特性及其对厌氧氨氧化聚集体表面特性的影响.随着厌氧氨氧化颗粒污泥粒径的增加,PS含量介于(10. 69±0. 11)～(12. 28±0. 15) mg·g~(-1)之间,而PN含量从(56. 88±0. 86) mg·g~(-1)增加到(98. 59±2. 10) mg·g~(-1),且PN/PS从5. 32提高到9. 05.不同粒径厌氧氨氧化颗粒污泥EPS官能团及三维荧光组分含量不同.随着颗粒污泥粒径增大,蛋白质二级结构α-螺旋/(β-折叠+无规卷曲)值从0. 60逐渐降低到0. 43,这种变化有利于污泥表面疏水性的表达.随着颗粒污泥粒径的增大,污泥表面疏水性由54. 2%提高到63. 1%,Zeta电位由-41. 2 m V增加到-31. 5 m V,疏水性的增强和表面电荷的增大有利于颗粒污泥的聚集.厌氧氨氧化颗粒污泥EPS可以增强污泥疏水性和提高Zeta电位,EPS中的PN发挥着重要的作用.     

胞外聚合物EPS对活性污泥沉降性能的影响研究

对污泥负荷Ns、溶解氧(DO)对活性污泥中胞外聚合物EPS的组分、含量及污泥沉降性能的影响进行了研究;并对EPS对污泥沉降性能影响的作用机理进行了探讨.试验结果表明:负荷对EPS影响高度显著,而DO对EPS影响较小;EPS与污泥沉降性能SVI相关性高;随着负荷降低,EPS含量增加,SVI增加.同时正交试验结果表明:污泥中EPS的含量高低主要由负荷决定,并得出Ns、DO对EPS及SVI的影响模式.此外,根据有关试验结果分析了在低负荷时易发生污泥膨胀的原因.     

胞外聚合物EPS组成及对污泥特性的影响研究

综述了进水基质、溶解氧(DO)、pH、污泥停留时间(SRT)和污泥负荷(Ns)对EPS组成的影响,分析了EPS对污泥的表面特性(污泥混合液疏水性、Zeta电位等)、生物絮凝沉降性、脱水性及吸附再生性能的影响,并通过控制适当的条件,改善EPS组成,形成良好的活性污泥,能使之更好的发挥作用.     

基于AHP-PROMETHEE Ⅱ法的鸟粪石磷回收污泥预处理方案决策

磷是一种不可再生资源,采用鸟粪石沉淀法回收剩余污泥中磷已有工程应用.但目前用于释放剩余污泥中碳氮磷便于后续回收的方案很多,不同方案对后续鸟粪石磷回收的影响不同.为了有助于剩余污泥磷回收工艺的决策,本研究以鸟粪石磷回收为目标,选取6种常见的剩余污泥处理方案,构建3层6指标的决策层次分析结构,运用PROMETHEEⅡ偏好关系排序方法,对6种污泥处理方案进行整体评价,从产品品质优先和时间经济优先两个角度出发,选择综合效益最高的方案.在产品品质优先条件下,酶水解以及酶-厌氧处理工艺最优;在时间经济优先条件下,热水解以及热-厌氧处理工艺最优.本研究为通过鸟粪石沉淀法回收剩余污泥中的磷,提供了方案参考以及有效的方案选择办法.     

芬顿法污泥脱水预处理技术研究进展

简述了我国污泥处理处置现状和污泥减量化的重要性。污泥的常规处理方式包括浓缩、稳定、调理和脱水。影响污泥脱水性能的四个因素:阳离子、EPS、表面电荷和粒径。围绕胞外聚合物(EPS)的去除简述了Fenton调理技术的机理和目前该技术的改进和发展状况,并进行展望。     

生物沥浸处理中微生物菌群和胞外聚合物对城市污泥脱水性能的影响

探讨城市污泥生物沥浸过程中微生物菌群和胞外聚合物(EPS)变化对污泥脱水性能的影响,对进一步揭示生物沥浸法提高污泥脱水性能机理具有重要意义.本研究通过摇瓶试验探讨了硫杆菌和异养微生物菌群数量的变化及EPS在生物沥浸法提高城市污泥脱水性能中的作用.试验结果表明,在生物沥浸处理的前2 d内,由于硫杆菌A.ferrooxidans LX5和A.thiooxidans TS6的大量生长,导致生物沥浸污泥的pH从初始的4.62显著下降至2.47,进而导致污泥中异养菌数量从初始的2.65×108CFU·mL-1下降至8.20×106CFU·mL-1,污泥中EPS含量从初始的28.18 mg·g-1(以VSS计,下同)显著下降为13.53 mg·g-1.A.ferrooxidans LX5和A.thiooxidans TS6的大量生长、异养微生物细胞的死亡破裂及EPS含量的下降共同促使污泥的结合水含量从初始的37.28%下降至21.10%,最终导致污泥比阻从初始的5.14×1012m·kg-1显著下降至6.92×1011m·kg-1.通过验证试验发现,原始污泥在剥离EPS后其比阻仅为原来的11.23%,其脱水性能与生物沥浸2 d后的污泥在0.05水平上没有显著性差异.因此,污泥中A.ferrooxidans LX5、A.thiooxidans TS6和异养微生物菌群数量的改变及EPS含量的减少是生物沥浸法提高污泥脱水性能的两个重要因素.